原則性的熱力系統(tǒng)

原則性的熱力系統(tǒng)第1頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)、熱力系統(tǒng)及主設(shè)備選擇原則一、熱力系統(tǒng)1、定義：將熱力設(shè)備按照熱力循環(huán)的順序用管道和附件連接起來(lái)的一個(gè)有機(jī)整體。2、組成：回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)（汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)）＋輔助熱力系統(tǒng)（鍋爐排污系統(tǒng)）＋對(duì)外供熱系統(tǒng)。3、分類(lèi)：發(fā)電廠熱力系統(tǒng)圖分為：（1）原則性熱力系統(tǒng)圖（2）全面性熱力系統(tǒng)圖。第2頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)圖目的

：表明能量的轉(zhuǎn)換與利用的基本過(guò)程，它反映了發(fā)電廠動(dòng)力循環(huán)中工質(zhì)的基本流程、能量轉(zhuǎn)換與利用過(guò)程的完善程度（又稱(chēng)：計(jì)算熱力系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)電廠時(shí)，原則性熱力系統(tǒng)圖的擬定非常重要）。發(fā)電廠組成部分：鍋爐，汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)，主蒸汽及管道，再熱蒸汽管道連接系統(tǒng)，給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)，鍋爐連續(xù)排污利用系統(tǒng)，補(bǔ)充水系統(tǒng)，熱電廠對(duì)外供熱系統(tǒng)。第3頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三原則性熱力系統(tǒng)圖：相同參數(shù)下凡是熱力過(guò)程重復(fù)，作用相同的設(shè)備及管道均不畫(huà)出。特點(diǎn)：簡(jiǎn)捷、清晰，無(wú)相同或備用設(shè)備應(yīng)用：決定系統(tǒng)組成、發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性第4頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

第5頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5、發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)：是在原則性熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上充分考慮到發(fā)電廠所必須的連續(xù)性、安全性、可靠性、靈活性后所組成的實(shí)際熱力系統(tǒng)。設(shè)備組成：包括發(fā)電廠中所有的熱力設(shè)備，管道及附件，包括主、輔設(shè)備，主管道及旁路管道，正常運(yùn)行與事故備用的，機(jī)組啟停機(jī)，保護(hù)及低負(fù)荷切換運(yùn)行的管路管件都需要在電廠全面性熱力系統(tǒng)圖上反映（所有設(shè)備均畫(huà)出）。第6頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)包括：（1）主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)；（2）旁路系統(tǒng)；（3）回?zé)峒訜幔ɑ責(zé)岢槠笆杷┫到y(tǒng)；（4）給水系統(tǒng)；（5）除氧系統(tǒng)；（6）主凝結(jié)水系統(tǒng)；（7）補(bǔ)充水系統(tǒng)；（8）鍋爐排污系統(tǒng)；（9）供熱系統(tǒng)；（10）廠內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)；（11）鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)。第7頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第8頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、發(fā)電廠形式和容量的確定1、發(fā)電廠設(shè)計(jì)程序：初步可行性研究，可行性研究，初步設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)。2、建電廠形式：（1）只有電負(fù)荷：凝汽式電廠；（2）需供熱：熱電聯(lián)產(chǎn)；（3）燃燒低熱值燃料：坑口電廠；（4）天然氣充足：燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)。3、容量確定：盡量建大容量高參數(shù)電廠。第9頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、主要設(shè)備選擇原則幾個(gè)重要概念：（1）汽輪機(jī)銘牌出力：指汽輪機(jī)在額定進(jìn)汽和再熱參數(shù)工況下，排汽壓力為11.8kPa，補(bǔ)水率為3％，汽輪機(jī)組的保證出力。（2）汽輪機(jī)組保證最大連續(xù)出力（TMCR）：是指汽輪機(jī)在通過(guò)銘牌出力所保證的進(jìn)汽量、額定主蒸汽和再熱蒸汽工況下，在正常的排汽壓力（4.9kPa）下，補(bǔ)水率為0％時(shí)，機(jī)組能保證達(dá)到的出力。第10頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）汽輪機(jī)組在調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)時(shí)（VWO）最大計(jì)算出力：指汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)時(shí)通過(guò)計(jì)算最大進(jìn)汽量和額定的主蒸汽、再熱蒸汽工況下，并在正常排汽壓力（4.9kPa）下，補(bǔ)水率為0％條件下計(jì)算所能達(dá)到的出力。其他:美國(guó)設(shè)計(jì)的大容量火電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)和所有給水加熱器全部投運(yùn)之下，超壓5%連續(xù)運(yùn)行的能力，以適應(yīng)調(diào)峰的需要。第11頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三美國(guó)西屋公司（WH）生產(chǎn)的500MW機(jī)組，在額定蒸汽參數(shù)為16.7MPa/538℃/538℃,排氣壓力為11.8Pa，補(bǔ)水率為3%時(shí)，其銘牌出力為500MW。美國(guó)西屋公司（WH）生產(chǎn)的500MW機(jī)組保證流量為1589t/h，排氣壓力為4.9kPa，補(bǔ)水率為0%時(shí)的最大保證出力為525MW。WH公司500MW機(jī)組增加5%的流量裕度一般可增加4.5%的出力，所以其VWO工況出力為525×1.045=548.6（MW）。大容量火電機(jī)組（除核電站外）都要求機(jī)組應(yīng)具有在調(diào)節(jié)汽門(mén)全開(kāi)和所有給水加熱器全部投運(yùn)之下，可超過(guò)5%(5%overpressure,5%OP)連續(xù)運(yùn)行的能力，以適應(yīng)調(diào)峰的需要，此運(yùn)行方式下，又可增加5%的流通能力，出力也比VWO工況下再增加4.5%，因此WH公司500MW機(jī)組在（vwo+5%OP）的工況下的出力為548.6×1.045=573.3（MW）第12頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）汽輪機(jī)組

1、汽輪機(jī)容量最大機(jī)組容量不宜超過(guò)系統(tǒng)總?cè)萘康?0%；大容量電力系統(tǒng)，選用高效率的300MW、600MW機(jī)組；2、汽輪機(jī)參數(shù)采用高效率大容量中間再熱式汽輪機(jī)組；大型凝汽式火電廠汽輪機(jī)組采用亞臨界和超臨界：300MW、600MW、800MW、1000MW。3、汽輪機(jī)臺(tái)數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)4～6臺(tái)，機(jī)組容量等級(jí)不超過(guò)兩種；同容量機(jī)、爐采用同一制造廠的同一型式。第13頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）、鍋爐機(jī)組1、鍋爐參數(shù)□鍋爐過(guò)熱器出口額定蒸汽壓力為105％汽輪機(jī)額定進(jìn)汽壓力；□過(guò)熱器出口額定蒸汽溫度高于汽輪機(jī)額定進(jìn)汽溫度3℃；□冷段再熱蒸汽管道、再熱器、熱段再熱蒸汽管道的壓力降分別為汽輪機(jī)額定工況下高壓缸排汽壓力的1.5%～2.0%、5%、3.5～3%；□再熱器出口額定蒸汽溫度比汽輪機(jī)中壓缸額定進(jìn)汽溫度高3℃。第14頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、鍋爐型式（1）大型火力發(fā)電廠幾乎都采用煤粉爐，其效率高，可達(dá)90～93％；（2）水循環(huán)方式：亞臨界參數(shù)(16.18MPa以下)及其以下：自然循環(huán)亞臨界參數(shù)(16.18～23.54MPa)：強(qiáng)制循環(huán)或自然循環(huán)超臨界參數(shù)（23.54～32MPa）:強(qiáng)制循環(huán)直流爐。

超超臨界參數(shù)（32MPa以上的）:強(qiáng)制循環(huán)直流爐。3、鍋爐容量與臺(tái)數(shù)（1）凝汽式發(fā)電廠一般一機(jī)配一爐（不設(shè)備用鍋爐）；第15頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）按汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量工況相匹配；（3）熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠選擇鍋爐容量和臺(tái)數(shù)：需要保證汽輪機(jī)進(jìn)汽量不得低于鍋爐最小穩(wěn)定燃燒的負(fù)荷，以保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（4）考慮：當(dāng)熱電廠一臺(tái)最大鍋爐停運(yùn)時(shí)，其余鍋爐應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

A：保證用戶(hù)連續(xù)生產(chǎn)所需的生產(chǎn)用汽量；

B：冬季采暖、通風(fēng)和生活用熱量的60％－70％，寒冷地區(qū)取上限。此時(shí)可降低部分發(fā)電出力。第16頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)舉例

一、亞臨界參數(shù)機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初參數(shù)：壓力小于16.18MPa第17頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三汽輪機(jī)按主蒸汽參數(shù)分類(lèi)低壓汽輪機(jī)：小于1.47MPa；中壓汽輪機(jī)：1.96~3.92MPa；高壓汽輪機(jī)：5.88~9.81MPa；

超高壓汽輪機(jī)：為11.77~13.93MPa；

臨界壓力汽輪機(jī)：15.69~17.65MPa；超臨界壓力汽輪機(jī)：大于22.15MPa；超超臨界壓力汽輪機(jī)：大于32MPa。

第18頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2

汽論機(jī)分類(lèi)：汽輪機(jī)沖動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)凝汽式汽輪機(jī)供熱式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)低壓汽輪機(jī)中壓汽輪機(jī)高壓汽輪機(jī)超高壓汽輪機(jī)亞臨界壓力汽輪機(jī)超臨界壓力汽輪機(jī)按作功原理分按功能分按參數(shù)高低分蒸汽主要在噴嘴或靜葉片中進(jìn)行膨脹蒸汽在噴嘴(或靜葉片)和動(dòng)葉片中膨脹

第19頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三N600-16.67/537/537型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第20頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三N600-17.75/540/540型機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第21頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第22頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、超臨界參數(shù)機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

超臨界參數(shù)機(jī)組：壓力大于23.54MPa，小于32MPa。超超臨界參數(shù)機(jī)組：

壓力大于32MPa。第23頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三引進(jìn)的超臨界K-500-240-4型機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第24頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三引進(jìn)的N600-25.4/538/566超臨界機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第25頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三超超臨界325MW兩次中間再熱凝汽機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第26頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三國(guó)產(chǎn)CC200–12.75/535/535型雙抽汽凝汽式機(jī)組熱電廠原則性熱力系統(tǒng)三、供熱機(jī)組熱電廠原則性熱力系統(tǒng)第27頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三超臨界壓力單采暖抽汽T-250/300-23.54-2熱電廠原則性熱力系統(tǒng)第28頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雙軸凝汽式機(jī)組（1300WM）的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)四、火電廠單機(jī)容量最大機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第29頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三單軸1200MW凝汽式機(jī)組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第30頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的計(jì)算

在熱力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)或運(yùn)行中，常需進(jìn)行全廠熱力系統(tǒng)的計(jì)算。應(yīng)用場(chǎng)合例如：①論證發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的新方案；②新型汽輪機(jī)本體的定型設(shè)計(jì)；③設(shè)計(jì)電廠采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；④擴(kuò)建電廠設(shè)計(jì)時(shí)，新舊設(shè)備共用的熱力系統(tǒng)；⑤運(yùn)行電廠對(duì)原有熱力系統(tǒng)作較大改進(jìn)；一、計(jì)算的主要目的⑥分析研究發(fā)電廠熱力設(shè)備的某一特殊運(yùn)行方式，如高

壓加熱器停運(yùn)后減少出力，增大推力軸承的應(yīng)力是否超過(guò)設(shè)計(jì)值等。設(shè)計(jì)運(yùn)行第31頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三確定電廠某一運(yùn)行方式時(shí)的各項(xiàng)汽水流量及其參數(shù)，該工況下的發(fā)電量、供熱量及其全廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以分析其安全性和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)最大負(fù)荷工況計(jì)算的結(jié)果，作為選擇鍋爐、熱力輔助設(shè)備和管道及其附件的依據(jù)。發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算的主要目的：

對(duì)于凝汽式電廠，一般只計(jì)算最大電負(fù)荷和平均電負(fù)荷工況，若夏季電負(fù)荷較高，供水條件又較差時(shí)，還需計(jì)算夏季工況。對(duì)于僅有全年工藝熱負(fù)荷的熱電廠，一般計(jì)算電、熱負(fù)荷均為最大時(shí)的工況和最大電負(fù)荷、平均熱負(fù)荷時(shí)的工況；對(duì)有采暖熱負(fù)荷的熱電廠，還應(yīng)計(jì)算采暖熱負(fù)荷為零時(shí)的夏季工況；校核熱電廠在最大熱負(fù)荷時(shí)，抽汽供熱式汽輪機(jī)和凝汽—采暖兩用式汽輪機(jī)的最小凝汽流量；計(jì)算熱電廠的全年節(jié)煤量。第32頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、計(jì)算的原始資料發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)圖；指定的電廠計(jì)算工況；汽輪機(jī)、鍋爐及熱力系統(tǒng)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)；給定工況下輔助熱力系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)。第33頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三具體包括：汽輪機(jī)組的熱平衡計(jì)算圖：最大工況、額定工況、經(jīng)濟(jì)工況、二閥全開(kāi)工況、一閥全開(kāi)工況、高加切除工況、夏季最大工況；鍋爐熱力計(jì)算數(shù)據(jù)：額定工況Db、90%Db、70%Db、50%Db；輔助系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)；其它數(shù)據(jù)：汽水損失率，鍋爐排污率，壓損，散熱損失，ηm、ηg等。第34頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、計(jì)算的方法與步驟（一）計(jì)算方法的分類(lèi)1按基于熱力學(xué)定律情況分：基于熱力學(xué)第一定律的常規(guī)計(jì)算法、等效熱降（焓降）法、循環(huán)函數(shù)法等；基于熱力學(xué)第二定律的熵方法、火用方法等。2按計(jì)算工具分：常規(guī)的手工計(jì)算和編程后用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算（又有在線(xiàn)、離線(xiàn)計(jì)算的不同）；3按給定參數(shù)分：定功率法和定流量法；4按熱平衡情況分：正平衡計(jì)算法，反平衡計(jì)算法。主要介紹常規(guī)的手工計(jì)算方法，以汽輪發(fā)電機(jī)組的電功率Pe為定值，通過(guò)計(jì)算求得所需的蒸汽量，稱(chēng)為定功率計(jì)算法，設(shè)計(jì)運(yùn)行部門(mén)用得較為普遍；以汽輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)汽量D0為定值，通過(guò)計(jì)算求得機(jī)組所發(fā)的電功率，稱(chēng)為定流量計(jì)算法，汽輪機(jī)制造廠用得較多。第35頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）計(jì)算的基本公式熱力系統(tǒng)計(jì)算的主要內(nèi)容：通過(guò)各個(gè)加熱器的熱平衡方程式求各個(gè)加熱器的抽汽量或抽汽份額；通過(guò)物質(zhì)平衡式求凝汽流量或凝汽份額；通過(guò)汽輪機(jī)的功率方程式求機(jī)組電功率或機(jī)組汽耗量。第36頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(三)計(jì)算的步驟以凝汽式發(fā)電廠額定工況的定功率計(jì)算為例，說(shuō)明其計(jì)算步驟：1.整理原始資料，編制汽水參數(shù)表。合理選擇和假定某些未給出的數(shù)據(jù)。如：新蒸汽壓損△P0(=3%~7%)P0；再熱蒸汽壓損△Prh(≤10%Prh)；各級(jí)抽汽管壓損△Pj=(3%~8%)Pj；加熱器熱效率ηh=0.98~0.99；加熱蒸汽焓的利用系數(shù)η=0.985~0.995；機(jī)械效率ηm=0.99左右；發(fā)電機(jī)效率ηg=0.98~0.99。2.按“先外后內(nèi)”，再“從高到低”的順序計(jì)算。為便于計(jì)算，通常是先“由外到內(nèi)”，即從供熱設(shè)備(蒸汽交換器、熱網(wǎng)加熱器)，水處理設(shè)備，鍋爐連續(xù)排污擴(kuò)容器開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算，而后計(jì)算機(jī)組“內(nèi)部的”回?zé)嵯到y(tǒng)，按照“從高到低”的順序計(jì)算各級(jí)回?zé)岢槠緿j（或αj）,凝汽流量Dc（或凝汽份額αc）

；3.計(jì)算汽輪機(jī)汽耗或功率、熱耗，鍋爐的熱負(fù)荷及管道效率等；4.計(jì)算全廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。第37頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

共同點(diǎn)：

①求解多元一次線(xiàn)性方程組；②其計(jì)算原理和基本方程式是相同的；③均可用汽水流量的絕對(duì)量或相對(duì)量計(jì)算；④兩者計(jì)算的步驟也是類(lèi)似。差異點(diǎn)：

①計(jì)算范圍和要求的不同；②小流量的汽耗量處理不同；③先“由外到內(nèi)”再“從高到低”；④某些項(xiàng)目的物理概念不同。四、全廠熱力計(jì)算與機(jī)組熱力計(jì)算的異同第38頁(yè)，共44頁(yè)，2023年，2月20日，星期三熱平衡式一般有兩種寫(xiě)法：1.吸熱量=放熱量h，h為加熱器的效率；2.流入熱量=流出熱量；其中流入熱量中的蒸汽部分應(yīng)乘以蒸